Маленькая книга о Большом взрыве

Однако физики также верят в знаменитый закон сохранения энергии и не спешат соглашаться с тем, что доминировавшая форма энергии во Вселенной могла исчезнуть, не оставив следа. Их больше устраивает следующая картина: в процессе инфляции Вселенная расширилась достаточно, чтобы решить космологические проблемы, о которых мы говорили; в то же время расширение невероятных масштабов полностью истощило Вселенную, лишив ее всех компонентов: монопо́лей, фотонов, нейтрино и всего остального. Когда инфляция закончилась, поле, выступающее ее двигателем, ослабло, а его энергия преобразовалась в частицы, из которых состоит современная Вселенная. Инфляция и последующий за ней «повторный разогрев» произошли быстрее, в мгновение ока.

Но почему инфляционная энергия исчезает? Сначала это объясняли известным феноменом фазовых переходов. Воду можно охладить до температуры ниже точки замерзания – но только при условии, что мы будем охлаждать ее медленно и осторожно. Если же в воду все-таки проникнет частица пыли, она станет центром нуклеации для льда, из-за чего наша вода очень быстро замерзнет.

В рамках теорий великого объединения было справедливо предположить, что что-то подобное произошло в пространстве ранней Вселенной с энергией вакуума, когда единое поле разделилось на разные виды взаимодействия. Сначала энергия вакуума достигала высоких значений, но затем «переохладилась». За это время образовалась инфляция, и в итоге энергия вакуума опустилась до показателя, который мы имеем сегодня. Более поздние версии инфляционной модели просто предлагали новое поле с диаграммой потенциальной энергии, похожей на ту, что вы видели на предыдущей странице.

Говоря вкратце, данная глава посвящена тому, как инфляция – предположительно – избавила Вселенную от головной боли.

Мы ничего не упустили?

12 Можно ли верить инфляционной теории?

В предыдущей главе я старался говорить настолько простым языком, что в итоге оказался не до конца честен. Поскольку инфляционная картина мира предлагала элегантное решение знаменитых космологических проблем, со временем к ней, как это принято в науке, начали относиться с более пристальным вниманием, и сегодня ее дальнейшая судьба уже не выглядит так обнадеживающе, как в первые годы после ее появления.

Если говорить о проблеме реликтовых магнитных монопо́лей, то, несмотря на десятилетия непрерывных исследований, у нас так и не появилось никаких экспериментальных доказательств ТВО. Если же теории, говорящие нам о существовании обильного количества монопо́лей, могут оказаться просто-напросто ошибочными, проблема монопо́лей исчезает сама собой.

Что касается «отпечатков руки Бога», здесь подавляющая часть дискуссии (как среди любителей, так и среди ученых) сосредоточена на спектре реликтового излучения, а также на том, насколько этот спектр согласуется с простейшими предположениями инфляционной теории. Тем не менее вопрос, чем обусловлен размер флуктуаций (он составляет стотысячные доли градуса), также не может оставаться без ответа. У нас давно не осталось сомнений в том, что воспроизведение этого показателя требует корректировки исключительной точности для значений потенциальной энергии на диаграмме, представленной на рис. 18, – отклонение даже на 1/10¹⁴ градуса приведет к неверному ответу. Подобная задача – очередной пример тонкой настройки. Следовательно, нам стоит хорошенько подумать, не променяли ли мы одну проблему тонкой настройки на другую, пока пытались вычислить потенциал с нужной точностью.

Более того, хотя мы и можем примирить спектр типа Land O’Lakes с предположениями инфляционной теории, инфляция не единственный процесс, способный его создавать (мы убедимся в этом в следующей главе). В таком случае как же нам выбрать из нескольких моделей одну? На самом деле инфляция предполагает спектр не в точности типа Land O’Lakes, а только примерно такой. В настоящее время как минимум несколько космологов утверждают, что данные, полученные со спутника «Планк», уже противоречат выводам инфляционной теории, а значит, на основании полученных наблюдений мы должны отказаться от нее в пользу других моделей (о них еще будет сказано в главе 13). Разумеется, сторонники инфляционной теории с этим не согласятся.

* * *